專利名稱：直線致動元件，特別用于風(fēng)洞模型的可調(diào)組件的遠(yuǎn)程控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線致動元件，特別用于風(fēng)洞模型的可調(diào)組件的遠(yuǎn)程 控制，包括殼體和用于驅(qū)動絲杠的齒輪電機(jī)，其中在絲杠上布置有用于移 動推桿的螺母。
背景技術(shù)：
例如在風(fēng)洞模型中，直線致動器用于可調(diào)節(jié)組件的遠(yuǎn)程控制，特別 是氣動作用面、閥或類似部件的遠(yuǎn)程控制。由于在風(fēng)洞中空氣流速很高， 致動器必然產(chǎn)生相當(dāng)大的致動力，同時還需要致動器具有很高的定位和 復(fù)位精度，以獲得盡可能準(zhǔn)確的測量結(jié)果。另外，由于通常使用的風(fēng)洞 模型空間尺寸有限，所以直線致動器必須具有較小的設(shè)計尺寸。另外， 所用的直線致動器必須可以進(jìn)行大量的致動任務(wù)，而不會影響定位和復(fù) 位精度，因?yàn)轱L(fēng)洞模型氣動作用面的位置在測量活動期間必須能夠連續(xù) 重復(fù)可調(diào)。
直線致動器的已知的實(shí)施方式通常不能滿足上述要求，或者不能充 分地滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種直線致動元件，特別用于風(fēng)洞模型的 可調(diào)節(jié)組件的遠(yuǎn)程控制，該直線致動元件產(chǎn)生相當(dāng)大的致動力，同時具 有很高的定位及復(fù)位精度，還具有較小的設(shè)計尺寸。
本發(fā)明的該目的通過具有權(quán)利要求1特征的直線致動元件來實(shí)現(xiàn)。
因?yàn)榻z杠通過鏈驅(qū)動件連接到齒輪電機(jī)，其中絲杠和齒輪電機(jī)軸布 置成基本反向平行，所以根據(jù)本發(fā)明的直線致動元件可以具有非常小的 設(shè)計尺寸，同時可以產(chǎn)生很大的機(jī)械致動力以及提供非常良好的定位及 復(fù)位精度。另外，該直線致動元件在整個行進(jìn)路徑上可以承擔(dān)大量的致 動任務(wù)，而不會顯著降低精度。另外，該鏈驅(qū)動件使得從齒輪電機(jī)產(chǎn)生的力與相當(dāng)大的致動力脫耦。根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，齒輪電機(jī)偏心地設(shè)置以張緊鏈驅(qū)動件的 鏈。該實(shí)施方式使得便于張緊鏈驅(qū)動件的鏈，而不需要額外的例如鏈張 緊器或類似組件。根據(jù)另一個優(yōu)選實(shí)施方式，該鏈驅(qū)動件的鏈可以通過至少一個鏈張 緊器來張緊。這為張緊鏈驅(qū)動件的鏈提供了除了在直線致動元件殼體內(nèi) 偏心布置有齒輪電機(jī)軸以外的選擇。一個優(yōu)選的改進(jìn)方案提出，設(shè)有兩個用于限制推桿的行進(jìn)路徑的限 位開關(guān)，其中限位開關(guān)可以通過布置在推桿區(qū)域的控制凸輪來致動。通 過這種方式可以防止在推桿超出行進(jìn)路徑時對直線致動元件的損害。另一個優(yōu)選的改進(jìn)方案提出，各限位開關(guān)分別布置在螺桿上，從而 螺桿的轉(zhuǎn)動可以使限位開關(guān)無級滑動以調(diào)整行進(jìn)路徑。通過這種方式可 以簡單而又精確地設(shè)定推桿的端部位置。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方式，殼體包括至少一個縱向?qū)к?，其中至少?個設(shè)置在推桿上的導(dǎo)向鍵可滑動地容納在縱向?qū)к壷小＿@防止了推桿繞 其縱向軸線的轉(zhuǎn)動。另外，至少一個縱向?qū)к壗Y(jié)合至少一個導(dǎo)向鍵可以 至少部分地執(zhí)行引導(dǎo)推桿的功能。本發(fā)明的另一個優(yōu)選改進(jìn)方案提出，絲杠同軸地容納在推桿內(nèi)。這 種推桿和絲杠的同軸設(shè)計使得推桿可以在縱向上被精確引導(dǎo)，同時可以 在設(shè)置于絲杠上的螺母和推桿之間實(shí)現(xiàn)有效的中心力傳遞。另外，同軸 布置可以使結(jié)構(gòu)更緊湊。該結(jié)構(gòu)的其它優(yōu)選實(shí)施方式在所附權(quán)利要求中論述。


在附圖示出圖l是根據(jù)本發(fā)明的直線致動元件的整體立體圖； 圖2是除去殼體的致動元件的立體圖；圖3是該直線致動元件的詳細(xì)分解圖。附圖中相同的設(shè)計元件具有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的直線致動元件1的整體立體圖。直線致動元件1特別包括具有兩個縱向?qū)к?、 4的殼體2，兩個縱 向?qū)к壐魅菁{一個可縱向滑動的導(dǎo)向鍵5、 6。在這種結(jié)構(gòu)中縱向?qū)к?、 4的長度大致對應(yīng)于通過直線致動元件1可以實(shí)現(xiàn)的行進(jìn)路徑。另外， 在殼體2內(nèi)布置有鏈張緊器7。另一沒有附圖標(biāo)記的鏈張緊器位于殼體 2的后部區(qū)域。在殼體2的后部區(qū)域8具有安裝件9，其用于直線致動 元件1與支座(未示出)的旋轉(zhuǎn)附連。在殼體2的前部10區(qū)域中具有 內(nèi)部中空的推桿ll,其包括叉頭12。圖2示出了除去殼體2的直線致動元件1的立體圖。通過鏈驅(qū)動件14，齒輪電機(jī)13驅(qū)動絲杠(在圖2視圖中被蓋住了 ) 以直線移動推桿11。通過鏈張緊器7,鏈驅(qū)動件14的鏈15可以被張緊。 為了圖2的簡潔起見而沒有在推桿11的起始區(qū)域16示出叉頭12。推桿 11的末端區(qū)域17具有中空圓柱體形式的加寬部分18。加寬部分18特 別用于容納螺母(同樣在圖2中被蓋住)。在加寬部分18上附連有導(dǎo)向 鍵5、 6，其與縱向?qū)к?、 4相互作用，特別是在直線致動元件l致動 期間防止推桿ll圍繞其縱軸線轉(zhuǎn)動，同時具有導(dǎo)向功能。另外，在殼體2中，布置有兩個限位開關(guān)19、 20。限位開關(guān)19、 20通過限位開關(guān)安裝件23、 24可滑動布置在螺桿21、 22上。當(dāng)螺桿 21、 22轉(zhuǎn)動時，限位開關(guān)安裝件23、 24沿著螺桿21、 22滑動，從而在 任何情況下限位開關(guān)19、 20可以相互獨(dú)立地在縱向上進(jìn)行調(diào)節(jié)，來調(diào) 節(jié)控制單元直線致動元件1的行進(jìn)路徑。通過布置在推桿11的加寬部分18上的控制凸輪25,限位開關(guān)19、 20在推桿11的兩端位置上被致動，從而限制直線致動元件1的運(yùn)動。 在電機(jī)安裝件26中偏心地容納有齒輪電機(jī)13，從而通過齒輪電機(jī)13 的簡單旋轉(zhuǎn)或者輕微旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)充鏈張緊器7，就能張緊鏈15。例如，可以設(shè)置有絕對值軸角編碼器，通過該編碼器控制和/或調(diào)節(jié) 裝置(未示出)可以獲得高精度的推桿11縱向位置。另外，通過該控制和/或調(diào)節(jié)裝置優(yōu)選無級地進(jìn)行齒輪電機(jī)13的轉(zhuǎn)速控制和/或轉(zhuǎn)矩控 制，例如根據(jù)預(yù)設(shè)的特性圖或類似圖。在直線致動元件l的可替代的實(shí) 施方式中，可以用例如帶齒皮帶、沖擊帶或類似部件來代替鏈15用于 絲杠和齒輪電機(jī)之間的動力傳遞。圖3示出了直線致動元件1的內(nèi)部設(shè)計的詳細(xì)分解圖。圖的下部示出了直線致動元件1的殼體2，具有縱向?qū)к?、 4、鏈 張緊器7以及帶有限位開關(guān)安裝件23、24和限位開關(guān)19、20的螺桿21、 22。鏈15除了通過旋轉(zhuǎn)齒輪電機(jī)13之外還可以通過鏈張緊器7張緊， 其中齒輪電機(jī)13偏心地設(shè)置在電機(jī)安裝件26內(nèi)。通過控制凸輪25，限 位開關(guān)19、 20的各自預(yù)設(shè)終點(diǎn)位置通過推桿11來觸發(fā)，通過這種方式 將推桿11的行進(jìn)路徑進(jìn)行限定。絲杠27通過齒輪電機(jī)13和鏈驅(qū)動件14進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因此螺母28平 行于x軸線29移動。中空推桿11同心地布置在絲杠27上。為了獲得 直線致動元件1小機(jī)械游隙和高定位及復(fù)位精度，螺母28結(jié)合絲杠27 被設(shè)計成所謂的螺紋滾子斜齒齒輪驅(qū)動。在這種結(jié)構(gòu)中，用兩個相互略 微擰緊的螺母以及容納其間的螺紋滾子，可以實(shí)現(xiàn)螺母28相對絲杠27 的非常精準(zhǔn)和幾乎無間隙的定位，從而直線致動元件1使得推桿11可 以以非常高的機(jī)械精度平行于x軸線29移動。另外，絲杠27與推桿11 同軸布置可以在位于絲杠27上的螺母28和推桿11之間進(jìn)行有效且大 致沿中心的動力傳遞。另外，同軸布置使得直線致動元件l的整個結(jié)構(gòu) 可以很緊湊。螺母28容納在推桿11的加寬部分18中，且通過螺帽30固定那里。 兩個導(dǎo)向鍵5、 6防止推桿11由于絲杠27的轉(zhuǎn)動而繞x軸線29旋轉(zhuǎn)， 同時幫助引導(dǎo)推桿11。在直線致動元件1的殼體2的前部10的區(qū)域中有前軸承結(jié)構(gòu)31， 用于引導(dǎo)和支撐齒輪電機(jī)13以及帶有叉頭12的推桿11。前軸承結(jié)構(gòu) 31主要具有卡環(huán)32、 33，其可以形狀接合地插入到在殼體2的前部10 的兩個相互疊置的開口區(qū)域的相應(yīng)的槽34、 35中。通過可以擰到一起的法蘭盤36至39，可以連接于插入在殼體2中的卡環(huán)32、 33。推桿11 的軸向引導(dǎo)通過軸承40來進(jìn)行，其中軸承40例如是直線滾珠軸承或者 其它直線軸承。在直線致動元件1的殼體2的后部8區(qū)域中的后軸承結(jié)構(gòu)41設(shè)計 得與前軸承結(jié)構(gòu)31類似。卡環(huán)42、 43也形狀接合地插入到在殼體2后 部8的兩個開口區(qū)域的相應(yīng)的周向槽(未示出)中。通過可以擰到一起 的法蘭盤44至47，可以機(jī)械連接于卡環(huán)42、 43并因此連接于殼體2。另外，在前后軸承結(jié)構(gòu)31、 41區(qū)域中，設(shè)置有未在附圖中具體指 出的平密封件以密封殼體2。沿x軸線29方向的軸向力主要由軸向滾珠 軸承48吸收，其位于后軸承結(jié)構(gòu)41的區(qū)域中并為推力軸承形式。齒輪電機(jī)軸49與絲杠27基本上反向平行，從而直線致動元件l整 體具有非常緊湊的設(shè)計，特別是縮短了結(jié)構(gòu)長度。在本文里措辭"反向平行"表示從齒輪電機(jī)13產(chǎn)生的力流沿相反且反向平行的方向轉(zhuǎn)向。 但是齒輪電機(jī)軸49和絲杠27在幾何上是相互平行布置的。因此從齒輪 電機(jī)13發(fā)出的力流以180度角傳遞給絲杠27。在這種設(shè)計中齒輪電機(jī)13內(nèi)的齒輪結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了例如1: 10的減速 比，鏈驅(qū)動件14提供了額外的減速比例如1: 2,而在絲杠27和螺母 28之間具有例如1: 5的減速比，從而總的機(jī)械減速比是l: 100。由于 這種非常大的減速比，所以根據(jù)本發(fā)明可以獲得直線致動元件1相當(dāng)大 的力。由于使用包括絲杠27和螺母28的絲杠驅(qū)動，所以可以同時實(shí)現(xiàn) 推桿11平行于x軸線29的直線移動非常良好的定位精度，即特別高的 定位和復(fù)位精度。另夕卜，如果齒輪電機(jī)故障，直線致動元件1可以自鎖， 從而在這種情況下作用在推桿11上的力不會引起不受限制的再調(diào)整。通過根據(jù)本發(fā)明的直線致動元件1，推桿11平行于x軸線29的絕 對定位精度在50mm到100mm的行程路徑情況下小于O.Olmm。在這 種結(jié)構(gòu)中可以施加達(dá)到10000牛頓的機(jī)械定位力。對于絲杠27和螺母 28的相應(yīng)設(shè)計，可以達(dá)到每分鐘lcm到10cm的行進(jìn)速度。上述特征值 在整個行進(jìn)路徑上都是安全可重復(fù)的，可達(dá)到近一百萬次橫向運(yùn)動過 程，從而根據(jù)本發(fā)明的直線致動元件1特別適于作為風(fēng)洞模型或類似物 的遠(yuǎn)程控制組件的最終控制元件。附圖標(biāo)記列表 1直線致動元件2殼體 3縱向?qū)к?4縱向?qū)к?5導(dǎo)向鍵 6導(dǎo)向鍵 7鏈張緊器 8后部9安裝件(直線致動元件的殼體)10前部11推桿12叉頭13齒輪電機(jī)14鏈驅(qū)動件15鏈16起始區(qū)域(推桿)17末端區(qū)域(推桿)18加寬部分19限位開關(guān)20限位開關(guān)21螺桿22螺桿23限位開關(guān)安裝件24限位開關(guān)安裝件25控制凸輪26電機(jī)安裝件(齒輪電機(jī)) 27絲杠 28螺母 29 x軸線30螺帽31前軸承結(jié)構(gòu)32卡環(huán)33卡環(huán)34槽35槽36法蘭37法蘭38法蘭39法蘭40軸承41后軸承結(jié)構(gòu)42卡環(huán)43卡環(huán)44法蘭45法蘭46法蘭47法蘭48軸向滾珠軸承49齒輪電機(jī)軸50行進(jìn)路徑
權(quán)利要求
1.一種直線致動元件(1)，特別用于風(fēng)洞模型的可調(diào)組件的遠(yuǎn)程控制，所述直線致動元件包括殼體(2)和用于驅(qū)動絲杠(27)的齒輪電機(jī)(13)，其中在所述絲杠(27)上布置有用于移動推桿(11)的螺母(28)，其特征在于，所述絲杠(27)通過鏈驅(qū)動件(14)連接到所述齒輪電機(jī)(13)，其中所述絲杠(27)和齒輪電機(jī)軸(49)布置成基本反向平行。
2.如權(quán)利要求1所述的直線致動元件(1 )，其特征在于，所述齒輪 電機(jī)(13)偏心地設(shè)置以張緊所述鏈驅(qū)動件(14)的鏈(15)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直線致動元件(1 )，其特征在于，所述 鏈驅(qū)動件(14)的鏈(15)通過至少一個鏈張緊器(7)張緊。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的直線致動元件(1),其特征在 于，有兩個用于限制所述推桿(11)的行進(jìn)路徑(50)的限位開關(guān)(19、 20)，其中所述限位開關(guān)(19、 20)通過布置在所述推桿(11)區(qū)域內(nèi) 的控制凸輪(25)致動。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的直線致動元件(1),其特征在 于，各限位開關(guān)(19、 20)分別布置在螺桿(21、 22)上，從而所述螺 桿(21、 22 )的轉(zhuǎn)動可以使所述限位開關(guān)無級滑動以調(diào)整行進(jìn)路徑(50 )。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的直線致動元件(1 )，其特征在 于，所述殼體(2)包括至少一個縱向?qū)к?3、 4)，其中至少一個設(shè)置 在推桿(11)上的導(dǎo)向鍵(5、 6)可滑動地容納在所述縱向?qū)к壷小?br> 7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的直線致動元件(1 )，其特征在 于，所述絲杠(27)同軸地容納在所述推桿(11)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的直線致動元件(1 )，其特征在 于，所述殼體(2)包括前軸承結(jié)構(gòu)(31)和后軸承結(jié)構(gòu)(41)。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的直線致動元件(1),其特征在 于，所述推桿(11)和所述絲杠(27)在前軸承結(jié)構(gòu)(31)區(qū)域中容納 在軸承(40)內(nèi)，特別是直線軸承內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一項所述的直線致動元件(1 )，其特征 在于，所述齒輪電機(jī)(13)通過控制和/或調(diào)節(jié)裝置控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直線致動元件(1)，特別用于風(fēng)洞模型的可調(diào)組件的遠(yuǎn)程控制。所述致動元件包括殼體(2)和用于驅(qū)動絲杠(27)的齒輪電機(jī)(13)，其中在絲杠(27)上布置有用來移動推桿(11)的螺母(28)。根據(jù)本發(fā)明，絲杠(27)通過鏈驅(qū)動件(14)連接到齒輪電機(jī)(13)，其中絲杠(27)和齒輪電機(jī)軸(49)布置成基本反向平行。由于齒輪電機(jī)軸(49)和絲杠(27)的反向平行布置，該直線致動元件(1)具有緊湊的結(jié)構(gòu)。因此直線致動元件(1)適用于空間尺寸較小的風(fēng)洞模型中可調(diào)組件的遠(yuǎn)程控制。另外，該直線致動元件(1)可以產(chǎn)生很大的機(jī)械致動力，同時還能提供非常良好的定位及復(fù)位精度。
文檔編號F16H25/20GK101248297SQ200680030695
公開日2008年8月20日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者埃爾德特·阿克曼 申請人:空中客車德國有限公司